Neue Auswertefunktionen und optimierte Bedienfreundlichkeit sind durch Software kein Problem Oszilloskope: Applikationsvielfalt nimmt weiter zu

Das Oszilloskop als unentbehrliches Standard-Messwerkzeug des Elektronik-Entwicklers wird laufend weiter verbessert: Hauptsächlich applikationsspezifische Auswerte-Software, gesteigerte Bedienfreundlichkeit, ausgeklügeltere Triggervarianten, spezielle Gerätetypen für die (Kfz-)Bussystem- und die High-speed-Seriell-Analyse sowie preisgünstige Universal-Scopes der Mittelklasse sind derzeit die Schlagworte.

Neue Auswertefunktionen und optimierte Bedienfreundlichkeit sind durch Software kein Problem

Das Oszilloskop als unentbehrliches Standard-Messwerkzeug des Elektronik-Entwicklers wird laufend weiter verbessert: Hauptsächlich applikationsspezifische Auswerte-Software, gesteigerte Bedienfreundlichkeit, ausgeklügeltere Triggervarianten, spezielle Gerätetypen für die (Kfz-)Bussystem- und die High-speed-Seriell-Analyse sowie preisgünstige Universal-Scopes der Mittelklasse sind derzeit die Schlagworte.

Laufend kommen neue Scope-Generationen auf den Markt, so dass für jeden Anwendungsbereich und für jeden Geldbeutel aktuelle Gerätevarianten verfügbar sind. Dementsprechend gibt der folgende Querschnitt durch einige typische Gerätekategorien auch den derzeitigen Technologie-Status sehr gut wieder. Besonders die CAN-Analyse für Kfz-Elektronik-Entwickler ist derzeit im Fokus der Scope-Hersteller.

CAN-„TÜV“: Scope-Diagnose an Kfz-Bussen

Diagnosen in Kfz-Elektronik-Systemen, basierend auf CAN- oder LIN-Bus-Architekturen, sind oftmals mit einem Oszilloskop wesentlich gründlicher realisierbar als mit einem reinen Bus-Analysator, da ein Scope nicht nur die High-Low-Logikpegel erfassen kann, sondern in seiner analogen Kurvenformdarstellung auch Flankenanstiege, Spikes oder Überschwinger detailliert sichtbar macht. Eine solche Diagnose ist beispielsweise mit der speziell auf diese Busse abgestimmten Trigger- und Echtzeit-Decodier-Option N5424 CAN/LIN für die Agilent-Mixed-Signal-Scope-Serie 6000 (Bild 1) möglich (www.agilent.com). Diese Oszilloskope sind deshalb für solche Bus-Analyse-Aufgaben gut geeignet, weil sie sowohl analoge wie auch spezielle Digital-Kanäle bieten und es deshalb erlauben, sowohl die exakte (analoge) Kurvenform wie auch die reinen Logikpegel zeitkorreliert und protokoll-decodiert darzustellen (Bild 2).

Signalintegritätsprobleme, die beispielsweise durch Einstrahlungen oder Übersprechen in der störanfälligen Automobil-Umgebung auftreten könnten und im Kommunikationsprozess zu Fehlern führen würden, sind damit analysierbar. Hierzu verfügt die Option über spezielle hardware-basierende und damit sehr schnelle Decoder für die Seriell-Bus-Datentelegramme, was im Gegensatz zu vielen verbreiteten Post-Procesing-Software-Decodern zu erheblich kürzeren Update-Zeiten führt – manche der Software-Decoder verursachen Update-Zeiten im Sekundenbereich, was eine Echtzeit-Analyse praktisch unmöglich macht und besonders bei der Nutzung von tiefen Speichern zu Problemen führt. Konkret lassen sich, so der Hersteller, bis zu 100 000 Kurvenform-Updates je Sekunde realisieren, und die auf dem Bildschirm eingeblendete Hexadezimal-Decodierung erfolgt mit so hoher Refresh-Rate, dass das menschliche Auge die Updates übergangslos geboten bekommt. Triggermöglichkeit besteht auf Standard- oder Extended-CAN-Identifier, auf Daten-Frames, auf Message-IDs, spezielle Datenfolgen oder Datenlängen, um beispielsweise bestimmte Nachrichten herausfiltern und untersuchen zu können. Das Triggern auf aktive Error-Frames ist ebenfalls möglich. Agilent bietet diese Bus-Decoding-Optionen für alle Vierkanal-Modelle der Serie 6000 mit Bandbreiten zwischen 100 MHz und 1 GHz.

Auch LeCroy (www.lecroy.de) arbeitete an der Weiterentwicklung der CAN-Bus-Analysemöglichkeiten und ergänzte seine Vehicle Bus Analyzer (VBA) um zwei neue Geräte auf Basis der neuen Oszilloskope WaveRunner Xi (Bild 3). Damit lassen sich die Informationen der Protokollebene (symbolisch, hexadezimal und die analogen Signal-Kurvenformen) analysieren. Interessant für viele Anwendungen: Es können bis zu vier verschiedene CAN-Busse mit Hilfe spezieller Triggerroutinen auf bestimmte Ereignisse parallel entschlüsselt werden. Automatisierte Zeitbereichsmessungen mit Statistik und grafischer Darstellung sowie die Daten-Extrahierung nebst Dezimal-Decodierung ermöglichen dabei recht umfassende Analysen. Die neuen VBAs sind als 400- (VBA44Xi, 17 990 Euro) und 600-MHz-Geräte (VBA64Xi, 19 990 Euro) mit vier Kanälen erhältlich und verfügen über 10 GS/s Abtastrate pro Kanal sowie schon serienmäßig über 8 MPunkte Speicher, der optional auf bis zu 24 MPunkte pro Kanal erweitert werden kann.

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Auch Yokogawa (www.yokogawa.com) ist seit längerem im CAN-Bus-Analyse-Bereich für seine Oszilloskope tätig. Konkret stellte das Unternehmen neue CAN-Signalanalyse-Funktionen als Optionen für die Digitaloszilloskope der Reihe SignalXplorer DL9000 vor (Bild 4, Bandbreiten von 500 MHz, 1 GHz und 1,5 GHz sowie Abtastraten von 2,5 und 5 GS/s je Kanal und Speichertiefen von 2,5 und 6,25 MWorte je Kanal). Sie erlauben die simultane Echtzeit-Analyse und -Anzeige von zwei verschiedenen CAN-Bus-Signalverläufen oder von z.B. Signalen in einem I2C- und einem CAN-Kanal. Zusätzlich zu den Hochgeschwindigkeits-Signalanalyse-Funktionen mit 15 Updates/s bietet die neue Option spezielle Trigger für CAN-2.0A- (High-speed) und CAN-2.0B-Bussignale (Low-speed). Zur Ergänzung dieser Funktionen sind zwei separate Differenz-Tastköpfe für CAN-Messungen erhältlich. Die möglichen Trigger umfassen Framestart-, ID- und Datenbedingungen bzw. Kombinationen davon sowie Remote-Frame- und Error-Frame-Bedingungen. Des Weiteren können Trigger durch die Zeitdifferenz (z.B. Verzögerung) zwischen zwei Triggerbedingungen in verschiedenen CAN-Netzen ausgelöst werden. Diese Möglichkeit ist hilfreich bei der Überprüfung des komplementären Betriebs von zwei CAN-Subnetzen. Die Analyseergebnisse hinsichtlich Frame-Typ, Zeit ab Triggerposition, ID, DLC, Daten, CRC und „ack/non-ack“ werden in einer einzigen Bildschirmmaske den jeweiligen Kurvenformen zugeordnet, um eine gemeinsame Auswertung der Signalqualität und des Busprotokolls zu ermöglichen. Werden z.B. Frames gefunden, die den Kriterien entsprechen, so wird die Analyseliste markiert und der entsprechende Teil der Kurve im Zoomfenster angezeigt, um die Erkennung bestimmter Signalabschnitte (z.B. ID oder Datenfeld eines bestimmten Frames) zu ermöglichen.

Seriell-High-speed-Bus-Analysen sind in allen Elektronik-Entwicklungslabors ein permanent aktuelles Thema. Und so hat Tektronix (www.tektronix.com) seine Digital-Phosphor-Scope-Serie DPO 7000 nun in den höheren Abtastraten- und Bandbreiten-Bereich hinein erweitert, und zwar um die DPOs der Familie 70000 und die Digital Serial Analyzer DSA 70000 (Bild 5). Deren wesentliches technisches Detail und derzeit auch Alleinstellungsmerkmal im Scope-/Signalanalysator-Markt ist die Abtastrate von 25 GS/s in allen vier Kanälen gleichzeitig – bislang konnten derartige Abtastraten nur durch Kanal-Kaskadierung erzielt werden, was die gleichzeitig nutzbare Anzahl an Kanälen natürlich reduzierte. Die neuen Geräte gibt es in drei Bandbreiten-Varianten, und zwar als DPO/DSA 70404 (4 GHz Bandbreite), DPO/DSA 70604 (6 GHz) und DPO/DSA 70804 (8 GHz); ihre Basis-Einstiegspreise beginnen bei etwa 40 000 Euro. Das Datenblatt nennt für die 8-GHz-Versionen eine Anstiegszeit von 35 ps (typ.) und einen Jitter von min. 400 fs, was für kritische Timing-Messungen wichtig ist. Standardmäßig sind die Geräte mit 10 MWorten Speicher in allen Kanälen ausgestattet, Ausbaumöglichkeit besteht bis 100 MWorte je Kanal. Gemeinsam sind ihnen auch das sehr große XGA-Display mit 12,1 Zoll Diagonale, die DPX-Erfassungstechnologie mit 250 000 Kurvenzügen je s, die für jeden Anwender individualisierbare Bedienoberfläche „MyScope“ und das „Pinpoint“-Triggersystem, das mit über 1400 Triggerkombinationen (A/B-Ebenen) aufwarten kann. In den DSA-Signalanalysator-Geräten verfügbar ist eine Reihe an Analyse-Tools, z.B. für Serial-Compliance-, Jitter- und Timing-Untersuchungen, für präzise Augendiagramm-Diagnosen, zur Takt-Regenerierung und für allgemeine Amplituden-, Timing- und Jitter-Messungen. Optionell gibt es spezielle Pakete zur Pass/Fail-Diagnose, für Maskentests und für spezielle Messungen an allen üblichen PC-, Interface- und Speicher-/Prozessor-Bussystemen. Derzeit sind diese Geräte bezüglich ihrer Single-shot-/Echtzeit-Erfassungsfähigkeiten in max. vier Kanälen an der Spitze der Technologie, denn mit ihnen lassen sich auch Harmonischen-Anteile höherer Ordnung in Signalgemischen sicher analysieren.

Die neuen Oszilloskopvorsätze der DSO-2000-USB-Serie bei Conrad (www.conrad.de) sind im Prinzip 2-Kanal-Digital-Speicheroszilloskope ohne eigene Anzeige, da per USB die Kopplung an einen PC erfolgt. Sie verfügen über zwei unabhängige Messkanäle mit 8 bit Amplitudenauflösung, mit denen Signale mit bis zu 8 MHz (DSO-220 USB, Best.-Nr. 12 18 07-7F, rund 200 Euro, Bild 6) bzw. 50 MHz (DSO-2100 USB, Best.-Nr. 12 18 10-7F, rund 350 Euro) mit Abtastraten von max. 20 MS/s bzw. 100 MS/s aufgenommen und auf dem PC-Bildschirm wie bei einem herkömmlichen Scope dargestellt werden können. Auto-Set-Funktionen zur automatischen Anpassung der Einstellungen an das jeweilige Messsignal sowie umfangreiche Triggerfunktionen sorgen für praxisgerechte Bedienung. Und mit Hilfe der FFT-Analysefunktion sind auch Spektrumanalysen möglich. Alle auf dem Bildschirm dargestellten Daten lassen sich einfach in Excel-Tabellen übernehmen und mit entsprechenden Rechenprogrammen weiterverarbeiten. Als Zubehör sind vollisolierte Tastköpfe erhältlich.

Eigentlich ein „Logik-Oszilloskop“ für PC-USB-Anschluss ist das modular ausbaubare „Logic Maid“-Tool der Inovaflex Elektronik GmbH (www.inovaflex.de). 24 Eingänge und eine Abtastfrequenz von 100 MHz lassen (je nach gewählter Interpreter-Konfiguration und Ausbaustufe) die Untersuchung der Kommunikation auf Standard-Bussystemen wie I2C, CAN, SPI usw. zu, wobei eigene Decoder-/Auswerte-Routinen beliebig in C hinzugefügt werden können. Durch eine optionale A/D-Karte lässt sich auch eine Oszilloskop-Funktion realisieren. Viele Trigger-Varianten und Programmbeispiele sind in der Software enthalten.

Bei diesem Anbieter verfügbar sind auch die Zweikanal-DSOs der 6000er-Serie (z.B. 6060S, Best.-Nr. 12 18 30), die bei einer Bandbreite von 60 bis 250 MHz mit einer max. Sampling-Abtastrate von 25 GS/s und einer Realtime-Single-shot-Abtastrate von 100 MS/s aufwarten. Die „C“-Typen verfügen über ein Farb-LCD und können so die Eingangskanäle zur besseren Übersicht in verschiedenen Farben darstellen. Alle üblichen klassischen Bedienelemente, die Auto-Set-Funktion, die Anzeige typischer Messwerte der Eingangssignale sowie die problembezogenen Hilfe- und Trainingsfunktionen verkürzen die Einarbeitungszeit und vereinfachen die Bedienung.

Ebenfalls unter die Kategorie der Sampling-Scopes (für repetierende Signale) zu rechnen ist das UDS-2020 von Eltesta (Bild 7) mit einer Bandbreite von 20 GHz (www.hacker-messtechnik.de, rund 15 000 Euro). Es ist mit „Sequential equivalent time sampling“-A/D-Umsetzern ausgestattet und hat laut Herstellerangaben 17,5 ps Anstiegszeit und 2 mV Rauschpegel (zur Verbesserung des Rauschabstandes kann das Gerät in einen 12-GHz-Modus umgeschaltet werden). Es stehen sowohl ein direkter Eingang mit 1 GHz „DC coupled“ und 2,5 ps Jitter zur Verfügung als auch ein 12-GHz-HF-Trigger-Eingang. Mit einer Selbstkalibrierung sollen 1,6 % vertikaler und 0,4 % horizontaler Fehler erreichbar sein. Beim Einsatz des optionalen „Pulse“-Tastkop-fes mit 35 ps Anstiegszeit kann das Scope auch für Single-Ended- und TDR-Messungen eingesetzt werden. Die im Lieferumfang enthaltene Scope-Software für Windows 98/2000/XP stellt eine Vielzahl von fertigen Mathematik- und Statistik-Routinen zur Online- und Offline-Analyse zur Verfügung.

Die beiden „Combiscopes“ HM1008 und HM1508 (100 bzw. 150 MHz) von Hameg (www.hameg.de) verfügen über zwei Analog-/Digitalkanäle (Betriebsart umschaltbar). Im Digitalbetrieb arbeiten die Oszilloskope (Bild 8) mit ihren rauscharmen 8-bit-Flash-A/D-Wandlern bei einer maximalen Abtastrate von 1 GS/s. Kurzzeitig auf repetierenden Signalen auftretende Störimpulse lassen sich mit Peak-Detekt erfassen. Die Signaldarstellung kann im Yt-, Roll- und XY-Modus erfolgen; mit Hilfe von Mathematikfunktionen und einem speziellen Formeleditor lassen sich weitergehende Auswertungen realisieren. Signale können auch im Average- und Envelope-Betrieb aufgezeichnet werden. Die Speichertiefe von 1 Mio. Punkten/Kanal ermöglicht Signal-Dehnungen bis 50 000:1 sowie Aufzeichnungen mit langen Pre- bzw. Post-Triggerzeiten. Darüber hinaus ermöglicht das Modell HM1508 die zusätzliche Erfassung und Anzeige von zwei Logiksignalen mit Unterstützung durch eine spezielle Logiktriggerung mit einstellbaren Schwellen.

Wolfgang Hascher, Elektronik